JPH07186228A - 射出成形品の変形量予測方法及びその装置 - Google Patents
射出成形品の変形量予測方法及びその装置Info
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- JPH07186228A JPH07186228A JP5330757A JP33075793A JPH07186228A JP H07186228 A JPH07186228 A JP H07186228A JP 5330757 A JP5330757 A JP 5330757A JP 33075793 A JP33075793 A JP 33075793A JP H07186228 A JPH07186228 A JP H07186228A
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 射出成形品のそり変形をより高い精度で予測
できるようにすることにあり、例えば、プラスチック樹
脂の異方性挙動が薄肉の成形品においてより高精度なそ
り予測を達成する。 【構成】 有限要素法により定式化された基礎式により
金型内における溶融樹脂の充填、保圧、冷却の各過程の
挙動を予測するとともに、前記各過程の予測中に求めた
体積収縮率を異方性収縮に基づき、板厚、面内方向の収
縮率を予測するシミュレーションシステムにおいて、ε
Z ：板厚方向の収縮率、εP ：面内方向の収縮率、ｅ
V ：体積収縮率、Ａ，Ｂ：収縮係数として、εZ ＝Ａ＋
Ｂ・ｅV 、εP ＝（ｅV −εZ ）／２の各計算式に基づ
いて収縮率を算出してそり変形の予測を行なう。
できるようにすることにあり、例えば、プラスチック樹
脂の異方性挙動が薄肉の成形品においてより高精度なそ
り予測を達成する。 【構成】 有限要素法により定式化された基礎式により
金型内における溶融樹脂の充填、保圧、冷却の各過程の
挙動を予測するとともに、前記各過程の予測中に求めた
体積収縮率を異方性収縮に基づき、板厚、面内方向の収
縮率を予測するシミュレーションシステムにおいて、ε
Z ：板厚方向の収縮率、εP ：面内方向の収縮率、ｅ
V ：体積収縮率、Ａ，Ｂ：収縮係数として、εZ ＝Ａ＋
Ｂ・ｅV 、εP ＝（ｅV −εZ ）／２の各計算式に基づ
いて収縮率を算出してそり変形の予測を行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラスチックの射出成形
時における変形量予測方法及びその装置に係り、特に、
溶融樹脂を金型内に射出して硬化に至る挙動を解析した
後に、型開き後に取り出した後にプラスチック成形品に
発生するそりが生じるまでを予測するシミュレーション
プログラムに好適に適用されるものである。
時における変形量予測方法及びその装置に係り、特に、
溶融樹脂を金型内に射出して硬化に至る挙動を解析した
後に、型開き後に取り出した後にプラスチック成形品に
発生するそりが生じるまでを予測するシミュレーション
プログラムに好適に適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、樹脂射出成形時の樹脂の挙動
やプラスチック成形品のそり変形を予測するためのシミ
ュレーションプログラムが知られている。このプログラ
ムによれば、樹脂挙動、そり予測の計算を行なうに当た
って、プラスチック成形品のモデル形状を作成し、有限
要素法の計算が行なえるようにメッシュ分割を行ない、
境界条件として成形条件を与え、樹脂の物性データを与
えるようにして、プラスチック樹脂が金型キャビティ内
を充填する過程において、運動方程式、エネルギー保存
の式、連続の式を有限要素法に定式化することにより、
溶融樹脂の挙動を予測する一方、充填後の保圧・冷却過
程においては、更に樹脂の圧縮性を考慮するため、Ｐ
（圧力）−Ｖ（容積率）−Ｔ（温度）の関係式を考慮し
て、体積収縮率まで求めて、板厚・面内各３方向に等分
に収縮率を求めるようにしている。
やプラスチック成形品のそり変形を予測するためのシミ
ュレーションプログラムが知られている。このプログラ
ムによれば、樹脂挙動、そり予測の計算を行なうに当た
って、プラスチック成形品のモデル形状を作成し、有限
要素法の計算が行なえるようにメッシュ分割を行ない、
境界条件として成形条件を与え、樹脂の物性データを与
えるようにして、プラスチック樹脂が金型キャビティ内
を充填する過程において、運動方程式、エネルギー保存
の式、連続の式を有限要素法に定式化することにより、
溶融樹脂の挙動を予測する一方、充填後の保圧・冷却過
程においては、更に樹脂の圧縮性を考慮するため、Ｐ
（圧力）−Ｖ（容積率）−Ｔ（温度）の関係式を考慮し
て、体積収縮率まで求めて、板厚・面内各３方向に等分
に収縮率を求めるようにしている。
【０００３】そして、最終的に求められた面内の収縮率
分布を、初期ひずみとして射出成形予測法によって得ら
れたプラスチック成形品のそり変形を予測するものであ
る。
分布を、初期ひずみとして射出成形予測法によって得ら
れたプラスチック成形品のそり変形を予測するものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、プラスチック成
形品の大きな特徴として、収縮率の異方性が挙げれられ
る。特に、薄肉の成形品の場合においては、板厚方向と
面内方向で収縮挙動は異なることが知られている。
形品の大きな特徴として、収縮率の異方性が挙げれられ
る。特に、薄肉の成形品の場合においては、板厚方向と
面内方向で収縮挙動は異なることが知られている。
【０００５】更に、例えばガラス繊維により強化された
ガラス繊維充填系のプラスチック成形品においては、面
内方向の中の樹脂の流れ方向と流れに直角方向におい
て、その収縮挙動はより異なることが従来より当業者間
において知られている。
ガラス繊維充填系のプラスチック成形品においては、面
内方向の中の樹脂の流れ方向と流れに直角方向におい
て、その収縮挙動はより異なることが従来より当業者間
において知られている。
【０００６】しかしながら、従来のシミュレーションプ
ログラムによれば、収縮率の異方性の挙動を明らかにし
ておらず、そのため体積収縮率を単純に３等分して板厚
・面内のそれぞれの方向に振り分けることにより収縮率
を求めてから、面内方向の収縮率を初期ひずみとして射
出成形品のそり変形を予測してる結果、より高精度なそ
り予測を行うことができない問題点があった。
ログラムによれば、収縮率の異方性の挙動を明らかにし
ておらず、そのため体積収縮率を単純に３等分して板厚
・面内のそれぞれの方向に振り分けることにより収縮率
を求めてから、面内方向の収縮率を初期ひずみとして射
出成形品のそり変形を予測してる結果、より高精度なそ
り予測を行うことができない問題点があった。
【０００７】したがって、本発明の射出成形品の変形量
予測方法及びその装置は上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は射出成形品のそり変形をより高い
精度で予測できるようにすることにあり、例えば、プラ
スチック樹脂の異方性挙動が薄肉の成形品においてより
高精度なそり予測を達成することを目的にしている。
予測方法及びその装置は上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は射出成形品のそり変形をより高い
精度で予測できるようにすることにあり、例えば、プラ
スチック樹脂の異方性挙動が薄肉の成形品においてより
高精度なそり予測を達成することを目的にしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】及び
【作用】上述した課題を解決し、目的を達成するため
に、本発明の射出成形品の変形量予測方法は、有限要素
法により定式化された基礎式により金型内における溶融
樹脂の充填、保圧、冷却の各過程の挙動を予測するとと
もに、各過程の予測中に求めた体積収縮率を異方性収縮
に基づき、板厚、面内方向の収縮率を予測するシミュレ
ーションシステムにおいて、εZ ：板厚方向の収縮率、
εP ：面内方向の収縮率、ｅV ：体積収縮率、Ａ，Ｂ：
収縮係数として、
に、本発明の射出成形品の変形量予測方法は、有限要素
法により定式化された基礎式により金型内における溶融
樹脂の充填、保圧、冷却の各過程の挙動を予測するとと
もに、各過程の予測中に求めた体積収縮率を異方性収縮
に基づき、板厚、面内方向の収縮率を予測するシミュレ
ーションシステムにおいて、εZ ：板厚方向の収縮率、
εP ：面内方向の収縮率、ｅV ：体積収縮率、Ａ，Ｂ：
収縮係数として、
【０００９】
【数１】εZ ＝Ａ＋Ｂ・ｅV
【００１０】
【数２】εP ＝（ｅV −εZ ）／２ の各計算式（数１、数２）に基づいて収縮率を算出しそ
り変形の予測を行なうことにより、収縮率の異方性が顕
著な薄肉の成形品の場合において板厚方向の樹脂流れと
面内方向の直角方向の樹脂流れの各収縮挙動が異なる場
合であっても、上記各計算式に基づいてそり変形の予測
を行なうことにより、より高い精度でそり予測を行うよ
うに働く。
り変形の予測を行なうことにより、収縮率の異方性が顕
著な薄肉の成形品の場合において板厚方向の樹脂流れと
面内方向の直角方向の樹脂流れの各収縮挙動が異なる場
合であっても、上記各計算式に基づいてそり変形の予測
を行なうことにより、より高い精度でそり予測を行うよ
うに働く。
【００１１】また、好ましくは、有限要素法により定式
化された基礎式により金型内における繊維入り溶融樹脂
の充填、保圧、冷却の各過程の挙動を予測するととも
に、前記各過程の予測中に求めた体積収縮率を異方性収
縮に基づき、板厚、面内方向の収縮率を予測するシミュ
レーションシステムにおいて、εL ：面内流れ方向の収
縮率、εT ：面内流れ方向と直角方向の収縮率、αL ：
流れ方向の熱膨張係数、αT ：流れと直角方向の熱膨張
係数として、
化された基礎式により金型内における繊維入り溶融樹脂
の充填、保圧、冷却の各過程の挙動を予測するととも
に、前記各過程の予測中に求めた体積収縮率を異方性収
縮に基づき、板厚、面内方向の収縮率を予測するシミュ
レーションシステムにおいて、εL ：面内流れ方向の収
縮率、εT ：面内流れ方向と直角方向の収縮率、αL ：
流れ方向の熱膨張係数、αT ：流れと直角方向の熱膨張
係数として、
【００１２】
【数３】εL ＝（ｅV −εZ ）・αL ／（αL ＋αT ）
【００１３】
【数４】εT ＝（ｅV −εZ ）・αT ／（αL ＋αT ）
の各計算式（数３、数４）に基づいて収縮率を算出しそ
り変形の予測を行なうことにより、繊維入り樹脂の成形
品においてより高い精度でそり予測を行うように働く。
の各計算式（数３、数４）に基づいて収縮率を算出しそ
り変形の予測を行なうことにより、繊維入り樹脂の成形
品においてより高い精度でそり予測を行うように働く。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の実施例に付き、添付図面を参
照して述べる。
照して述べる。
【００１５】先ず、図１は射出成形品の変形量予測を行
うシミュレーションシステムの概略構成図である。本図
において、入力部１０において、解析対象となるモデル
形状を形状作成部１１において作成してから、解析を可
能にするためにメッシュ分割する。また、実際に用いる
樹脂データをデータベース１３から選択して、成形条件
部１４と荷重・拘束条件部１５とから所望データを入力
設定して樹脂挙動に関する計算を演算部２０において実
行する。
うシミュレーションシステムの概略構成図である。本図
において、入力部１０において、解析対象となるモデル
形状を形状作成部１１において作成してから、解析を可
能にするためにメッシュ分割する。また、実際に用いる
樹脂データをデータベース１３から選択して、成形条件
部１４と荷重・拘束条件部１５とから所望データを入力
設定して樹脂挙動に関する計算を演算部２０において実
行する。
【００１６】この演算は図示のように、流動解析２１に
より樹脂の金型内での挙動を計算してから、この結果に
基づき樹脂の圧縮性を考慮した保圧過程の樹脂の挙動を
保圧解析２２し、更に、その後の冷却段階での樹脂挙動
を冷却解析２３により計算する。
より樹脂の金型内での挙動を計算してから、この結果に
基づき樹脂の圧縮性を考慮した保圧過程の樹脂の挙動を
保圧解析２２し、更に、その後の冷却段階での樹脂挙動
を冷却解析２３により計算する。
【００１７】この保圧・冷却過程の樹脂挙動の予測にお
いて、Ｐ（圧力）−Ｖ（容積率）−Ｔ（温度）の関係式
に基づいて成形品の収縮率を求める一方、異方性収縮の
関係式より板厚・面内方向の収縮率を求める。また、例
えばガラス繊維充填により強化された樹脂を用いる場合
には、成形品における樹脂の中の繊維の配向状況を予測
するための配向解析２４を行なう。
いて、Ｐ（圧力）−Ｖ（容積率）−Ｔ（温度）の関係式
に基づいて成形品の収縮率を求める一方、異方性収縮の
関係式より板厚・面内方向の収縮率を求める。また、例
えばガラス繊維充填により強化された樹脂を用いる場合
には、成形品における樹脂の中の繊維の配向状況を予測
するための配向解析２４を行なう。
【００１８】そして最後に、以上の金型内での樹脂の予
測された挙動を基に、型から取り出された後の、成形品
のそり変形を求めるための変形解析２５を数１、２乃至
数３、４の計算式に基づいて行ないそり変形予測を行
い、出力部３０において、種々の要因とともに、例えば
モニタ表示により出力する。
測された挙動を基に、型から取り出された後の、成形品
のそり変形を求めるための変形解析２５を数１、２乃至
数３、４の計算式に基づいて行ないそり変形予測を行
い、出力部３０において、種々の要因とともに、例えば
モニタ表示により出力する。
【００１９】以上のフローにより、得られる予測結果に
ついて、図２に示すような平板形状試験片を用いて、実
際の成形品を測定した収縮率の結果と解析の結果の比較
を示す。図２（ａ）は平板形状試験片の平面図であり、
（ｂ）は正面図である。本図において、まず平板形状試
験片の解析が可能となる様に、モデル形状を作成し、メ
ッシュ分割する。この成形条件は実際の成形を行なった
条件と同様の条件を設定し、樹脂の物性データを入力す
る。ここでは、樹脂はＰＣの繊維入りの材料を用いてい
る。一方、物性データに関しては、収縮率の異方性を考
慮した収縮係数の値も含まれている。
ついて、図２に示すような平板形状試験片を用いて、実
際の成形品を測定した収縮率の結果と解析の結果の比較
を示す。図２（ａ）は平板形状試験片の平面図であり、
（ｂ）は正面図である。本図において、まず平板形状試
験片の解析が可能となる様に、モデル形状を作成し、メ
ッシュ分割する。この成形条件は実際の成形を行なった
条件と同様の条件を設定し、樹脂の物性データを入力す
る。ここでは、樹脂はＰＣの繊維入りの材料を用いてい
る。一方、物性データに関しては、収縮率の異方性を考
慮した収縮係数の値も含まれている。
【００２０】以上の条件を設定した後、計算を流動から
保圧・冷却段階へと行なっていく。この冷却段階におい
ては、異方性収縮を考慮した計算を行ない、成形品の各
位置であって、図２に示したように座標測定位置Ｐ１〜
Ｐ９と、板厚測定位置Ｈ１〜Ｈ４と、圧力測定位置Ｍ
１、Ｍ２を夫々設定している。
保圧・冷却段階へと行なっていく。この冷却段階におい
ては、異方性収縮を考慮した計算を行ない、成形品の各
位置であって、図２に示したように座標測定位置Ｐ１〜
Ｐ９と、板厚測定位置Ｈ１〜Ｈ４と、圧力測定位置Ｍ
１、Ｍ２を夫々設定している。
【００２１】図３は図２のＨ１〜Ｈ４の各位置における
収縮率を比較した比較表であって、上段には実測値、中
段には異方性収縮による予測解析値、下段に等方性収縮
による予測解析値を夫々示したものである。この比較表
において、等方性収縮を考慮して求めた場合の収縮率の
結果であって、上記の変形解析部２５において計算して
得られた結果の面内の収縮率（流れ方向、直角方向）の
精度がより向上していることが分かる。
収縮率を比較した比較表であって、上段には実測値、中
段には異方性収縮による予測解析値、下段に等方性収縮
による予測解析値を夫々示したものである。この比較表
において、等方性収縮を考慮して求めた場合の収縮率の
結果であって、上記の変形解析部２５において計算して
得られた結果の面内の収縮率（流れ方向、直角方向）の
精度がより向上していることが分かる。
【００２２】次に、異方性の収縮を考慮して流動・保圧
・冷却過程の計算を行ないそり変形の予測の計算を各種
事務機械に用いられる定着排紙ガイドに対して行なった
場合の実例を示す。
・冷却過程の計算を行ないそり変形の予測の計算を各種
事務機械に用いられる定着排紙ガイドに対して行なった
場合の実例を示す。
【００２３】図４は定着排紙ガイドの外観形状を示した
外観斜視図であって、図示のように矢印方向の測定位置
に沿うように多数のリブが設けられている。そして、こ
の定着排紙ガイドの測定位置に対する直交する方向の変
形量をそりとして求めるものである。この定着排紙ガイ
ドのそり変形を予測するために、すでに示した解析計算
の流れの通り、モデル形状の作成、メッシュ分割、成形
条件・樹脂データの入力、拘束条件の設定を行ない、流
動・保圧・冷却と、さらに樹脂に含まれる繊維の配向を
計算し、そり変形解析を上記の変形解析部２５において
行なう。
外観斜視図であって、図示のように矢印方向の測定位置
に沿うように多数のリブが設けられている。そして、こ
の定着排紙ガイドの測定位置に対する直交する方向の変
形量をそりとして求めるものである。この定着排紙ガイ
ドのそり変形を予測するために、すでに示した解析計算
の流れの通り、モデル形状の作成、メッシュ分割、成形
条件・樹脂データの入力、拘束条件の設定を行ない、流
動・保圧・冷却と、さらに樹脂に含まれる繊維の配向を
計算し、そり変形解析を上記の変形解析部２５において
行なう。
【００２４】図５は定着排紙ガイドの測定位置に直交す
る変形量の実測値と解析結果の比較表である。本図よ
り、図中の実線で示された解析結果と、定着排紙ガイド
の各測定位置において、実測した結果を「丸」で表し破
線で結んだ測定結果とはかなり近似することを確認でき
た。
る変形量の実測値と解析結果の比較表である。本図よ
り、図中の実線で示された解析結果と、定着排紙ガイド
の各測定位置において、実測した結果を「丸」で表し破
線で結んだ測定結果とはかなり近似することを確認でき
た。
【００２５】したがって、射出成形品において複雑な形
状の場合であっても、そり変形をより高い精度で予測で
きることが分かった。
状の場合であっても、そり変形をより高い精度で予測で
きることが分かった。
【００２６】以上説明した様に、収縮率の予測精度を向
上でき、しかもそり変形の予測も向上し、シミュレーシ
ョンプログラムの信頼性が向上した。そり変形の予測精
度の向上は、製品開発の事前検討に役立ち、不具合の予
測とそれに対する急速な対策の支援になることから、産
業上非常に意味のあるものとなる。
上でき、しかもそり変形の予測も向上し、シミュレーシ
ョンプログラムの信頼性が向上した。そり変形の予測精
度の向上は、製品開発の事前検討に役立ち、不具合の予
測とそれに対する急速な対策の支援になることから、産
業上非常に意味のあるものとなる。
【００２７】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても１つの機器から成る装置に適用し
ても良い。また、本発明は、システム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることはいうまでもない。
システムに適用しても１つの機器から成る装置に適用し
ても良い。また、本発明は、システム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の射出成形品
の変形量予測方法及びその装置によれば、射出成形品の
そり変形をより高い精度で予測できるようになり、例え
ば、プラスチック樹脂の異方性挙動が薄肉の成形品にお
いてより高精度なそり予測を達成することができる。
の変形量予測方法及びその装置によれば、射出成形品の
そり変形をより高い精度で予測できるようになり、例え
ば、プラスチック樹脂の異方性挙動が薄肉の成形品にお
いてより高精度なそり予測を達成することができる。
【図１】実施例の射出成形品の変形量予測方法及びその
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）、は平板形状試験片の平面図である。
（ｂ）、は平板形状試験片の正面図である。
（ｂ）、は平板形状試験片の正面図である。
【図３】図２の平板形状試験片のＨ１〜Ｈ４の各位置に
おける収縮率を比較した比較表であって、上段には実測
値、中段には異方性収縮による予測解析値、下段に等方
性収縮による予測解析値を夫々示した比較表である。
おける収縮率を比較した比較表であって、上段には実測
値、中段には異方性収縮による予測解析値、下段に等方
性収縮による予測解析値を夫々示した比較表である。
【図４】定着排紙ガイドの外観形状を示した外観斜視図
である。
である。
【図５】定着排紙ガイドの測定位置に直交する変形量の
実測値と解析結果の比較表である。
実測値と解析結果の比較表である。
１０ 入力部、 ２０ 演算部、 ３０ 出力部である。
Claims (4)
- 【請求項１】 有限要素法により定式化された基礎式に
より金型内における溶融樹脂の充填、保圧、冷却の各過
程の挙動を予測するとともに、前記各過程の予測中に求
めた体積収縮率を異方性収縮に基づき、板厚、面内方向
の収縮率を予測するシミュレーションシステムにおい
て、 εZ ：板厚方向の収縮率、εP ：面内方向の収縮率、 ｅV ：体積収縮率、Ａ，Ｂ：収縮係数として、 【数１】εZ ＝Ａ＋Ｂ・ｅV 【数２】εP ＝（ｅV −εZ ）／２ の各計算式に基づいて収縮率を算出しそり変形の予測を
行なうことを特徴とする射出成形品の変形量予測方法。 - 【請求項２】 有限要素法により定式化された基礎式に
より金型内における溶融樹脂の充填、保圧、冷却の各過
程の挙動を予測するとともに、前記各過程の予測中に求
めた体積収縮率を異方性収縮に基づき、板厚、面内方向
の収縮率を予測するシミュレーションシステム装置にお
いて、 εZ ：板厚方向の収縮率、εP ：面内方向の収縮率、 ｅV ：体積収縮率、Ａ，Ｂ：収縮係数として、 【数１】εZ ＝Ａ＋Ｂ・ｅV 【数２】εP ＝（ｅV −εZ ）／２ の各計算式に基づいて収縮率を算出しそり変形の予測を
行なう変形解析手段を具備することを特徴とする射出成
形品の変形量予測装置。 - 【請求項３】 有限要素法により定式化された基礎式に
より金型内における繊維入り溶融樹脂の充填、保圧、冷
却の各過程の挙動を予測するとともに、前記各過程の予
測中に求めた体積収縮率を異方性収縮に基づき、板厚、
面内方向の収縮率を予測するシミュレーションシステム
において、 εL ：面内流れ方向の収縮率、εT ：面内流れ方向と直
角方向の収縮率、 αL ：流れ方向の熱膨張係数、αT ：流れと直角方向の
熱膨張係数として、 【数３】εL ＝（ｅV −εZ ）・αL ／（αL ＋αT ） 【数４】εT ＝（ｅV −εZ ）・αT ／（αL ＋αT ） の各計算式に基づいて収縮率を算出しそり変形の予測を
行なうことを特徴とする射出成形品の変形量予測方法。 - 【請求項４】 有限要素法により定式化された基礎式に
より金型内における繊維入り溶融樹脂の充填、保圧、冷
却の各過程の挙動を予測するとともに、前記各過程の予
測中に求めた体積収縮率を異方性収縮に基づき、板厚、
面内方向の収縮率を予測するシミュレーションシステム
において、 εL ：面内流れ方向の収縮率、εT ：面内流れ方向と直
角方向の収縮率、 αL ：流れ方向の熱膨張係数、αT ：流れと直角方向の
熱膨張係数として、 【数３】εL ＝（ｅV −εZ ）・αL ／（αL ＋αT ） 【数４】εT ＝（ｅV −εZ ）・αT ／（αL ＋αT ） の各計算式に基づいて収縮率を算出しそり変形の予測を
行なうを具備することを特徴とする射出成形品の変形量
予測装置。
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